JP4037124B2

JP4037124B2 - Tunnel structure and tunnel construction method

Info

Publication number: JP4037124B2
Application number: JP2002043350A
Authority: JP
Inventors: 孝之森; 健介伊達; 昇坂田; 剛紀平石; 徹志閑田; ▲隆▼浩青▲柳▼; 敦横尾
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2022-02-20
Also published as: JP2003239691A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル構造およびトンネルの構築方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地震時に局所的な大変形が予測される断層部や破砕帯などの区間では、トンネルを設置する際、補強を行う。図８は、従来のトンネル１０９の軸方向の断面図である。図８に示すように、トンネル１０９を設置する地山１０１に断層１０３が存在する場合、ロックボルトの増し打ちや長尺化、鋼製支保工のサイズアップ、吹付けコンクリート１０５の厚層化、覆工コンクリート１０７への鉄筋コンクリートや鋼繊維補強コンクリート適用等の方法で補強を図る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の補強は、トンネル構造の剛性を高めて変形に対抗するものであり、地震時における断層のずれのように変形を強制的に生じさせるような動きには対抗できない。例えば、図８の断層１０３に沿って矢印Ｆの方向に大規模なすべりが生じると、吹付けコンクリート１０５及び覆工コンクリート１０７の両者に数ｍｍから数１０ｍｍのひび割れが発生し、局所的な破壊、コンクリート片の剥落等が起こり、トンネル１０９の構造全体の破壊に至ることも少なくない。
【０００４】
図９は断層１０３に矢印Fの方向のずれが生じた後のトンネル１０９の軸方向の断面図である。図９に示すように、断層１０３の変形が大きく、吹付けコンクリート１０５及び覆工コンクリート１０７の両者が破壊してトンネル１０９の構造全体が破壊した場合、破砕された岩や砂礫１１１がトンネル１０９の内部に流入する。また、断層１０３は滞水層になっていることも多く、大量の湧水１１３が同時に発生することも多い。
【０００５】
ひび割れによる漏水やコンクリート片の剥落は、道路トンネルなどでは走行障害や通行止め、水路トンネルなどではライフラインの機能損失といったような大きな被害に結びつく。トンネル１０９の構造全体が破壊した場合には、落下したコンクリート、破砕された地山や砂礫１１１、あるいは破壊に伴い発生した湧水１１３などが、鉄道・道路トンネルでは交通機能の麻痺、水路トンネルなどではライフラインの機能停止といったような大災害を引き起こし、人的被害が甚大になる恐れがある。
【０００６】
なお、特願２００１−１９１７４２のように、高靭性繊維補強モルタル（以下、高靭性ＦＲＣとする）を用いたトンネル覆工構造が提案されているが、該特許はトンネルの防水を主目的、コンクリートの剥落防止を副次的な効果としており、大変形部におけるトンネル構造の破壊を防止するためのものではない。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、地山が大変形を起こしても致命的な被害にならないようなトンネル構造およびトンネルの構築方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために第１の発明は、吹付けコンクリートと、前記吹付けコンクリートの内側に、空間を介して設けられた内管と、を具備し、前記内管の周囲に、抑え枠とダンパが設けられることを特徴とするトンネル構造である。
【００１３】
第１の発明のトンネル構造は、断層のある区間で使用される。内管には、例えば、可とう性のある管材料や、比較的剛な鋼管、ヒューム管等を使用する。必要に応じて、吹付けコンクリートの内側に覆工コンクリートを設ける。内管と吹付けコンクリートとの間、または、内管と覆工コンクリートとの間には、内管の姿勢を保持するための抑え枠と、地震による内管の振動を低減するためのダンパを設ける。吹付けコンクリートと内管との間、または、覆工コンクリートと内管との間の空間には、液体や気体等の緩衝材を充填してもよい。
【００１４】
第１の発明では、地山の掘削面に吹付けコンクリートを設置し、吹付けコンクリートの内側に、空間を介して内管を設ける。吹付けコンクリートと内管との間に空間を設けるので、断層のずれで吹付けコンクリートが破壊した場合でも、内管はほとんど損傷しない。
【００１７】
第２の発明は、地山の掘削面に吹付けコンクリートを設置する工程（ａ）と、前記吹付けコンクリートの内側に、空間を介して内管を設置する工程（ｂ）と、を具備し、前記工程（ｂ）の前に、前記内管の設置予定位置と前記吹付けコンクリートとの間に、抑え枠とダンパを設けることを特徴とするトンネル構築方法である。
【００１８】
第２の発明は、第１の発明のトンネル構造を構築する方法である。第２の発明では、地山の掘削面に吹付けコンクリートを吹付けて設置する。次に、吹付けコンクリートの内側に、空間を介して内管を設置する。覆工コンクリートを設置する必要がある場合には、吹付けコンクリートを設置した後、吹付けコンクリートの内側に覆工コンクリートを設置し、覆工コンクリートの内側に、空間を介して内管を設置する。
【００１９】
内管には、例えば、可撓性のある管材料や、比較的剛な鋼管、ヒューム管等を使用する。内管を設置する前に、内管設置予定位置と吹付けコンクリートまたは覆工コンクリートとの間に抑え枠とダンパを設ける。また、内管を設置した後に、内管と吹付けコンクリートまたは覆工コンクリートとの間の空間内に液体や気体等の緩衝材を充填してもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の第１の実施の形態について詳細に説明する。図１は、トンネル３の断面図である。図１の（ａ）はトンネル３の軸方向の断面図、図１の（ｂ）は図１の（ａ）のＸ−Ｘによる断面図を示す。
【００２１】
図１の（ａ）に示すように、地山１にトンネル３を形成する際、断層５の存在しない通常区間１６では、掘削したトンネル３の壁面に吹付けコンクリート７を吹付け、吹付けコンクリート７の内側に覆工コンクリート９を設置する。
【００２２】
断層５の存在する拡幅範囲１７では、汎用機械によりトンネル３の断面を拡幅する。地山１の素掘りが困難な場合は、先受け工法や事前の地盤改良注入などを利用する。掘削に伴い、トンネル３の壁面や切羽に高靭性ＦＲＣ吹付けコンクリート１１を吹付けて設置する。なお、必要に応じて、鋼製支保工やロックボルト（図示せず）を設置しておく。
【００２３】
次に、セントルなどの移動式型枠や組立て式型枠など（図示せず）を使用して、図１の（ａ）、図１の（ｂ）に示すように、高靭性ＦＲＣ吹付けコンクリート１１の内側にせん断変形低減層１３を形成し、せん断変形低減層１３の内側に高靭性ＦＲＣ覆工コンクリート１５を打設する。
【００２４】
せん断変形低減層１３には、例えば、トンネルの裏込め注入に使用される一般的な裏込め注入材等、周囲の地山１よりも剛性の低い材料を使用すればよく、高強度の材料を使用する必要はない。せん断変形低減層１３として、高靭性ＦＲＣ吹付けコンクリート１１と同様に、高靭性ＦＲＣを用いてもよい。
【００２５】
図２は、断層５に矢印Aの方向のずれが生じた後のトンネル３の軸方向の断面図である。トンネル覆工部材は、通常、圧縮材として設計されるので、曲げ変形に対しては非常に弱いが、高靭性ＦＲＣ覆工コンクリート１５、高靭性ＦＲＣ吹付けコンクリート１１を使用することにより、図２に示すように、通常の無筋コンクリートや鋼繊維補強コンクリートを使用する場合に比べて、非常に大きな曲げ変形に耐えることができる。また、高靭性ＦＲＣ材料はひび割れ分散性を有しているため、高靭性ＦＲＣ覆工コンクリート１５には貫通ひび割れが生じず、せん断変形低減層１３からトンネル３の内部への漏水を阻止することができる。トンネル３が水路トンネルであれば、トンネル３内部から地山１への漏水を防止できる。
【００２６】
図３は、図２の断層５とトンネル３の境界部分を示す図である。図３の（ａ）は、断層５とトンネル３の境界部分の拡大図、図３の（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、図３の（ａ）の範囲Ｂ、範囲Ｃのせん断変形低減層１３の一部分を示す図である。
【００２７】
図３の（ｂ）、（ｃ）に示すように、断層５のずれの前後で、せん断変形低減層１３の最も外側の範囲B（地山１に近い部分）では部材１９が部材２１に変形し、最も内側の範囲C（トンネル３に近い部分）では部材２３が部材２５に変形する。
【００２８】
せん断変形低減層１３は、断層５の急激なずれ（不連続面）が高靭性ＦＲＣ覆工コンクリート１５に直接影響を及ぼさないようにするための緩衝層である。せん断変形低減層１３の厚さを増し、せん断幅を大きく取ることで、せん断変形低減層１３と高靭性ＦＲＣ覆工コンクリート１５の接触面でのせん断ひずみをより小さくできる。
【００２９】
せん断変形低減層１３を大変形の緩衝層として設置することにより、断層５に急激なずれが生じても、せん断変形低減層１３と高靭性ＦＲＣ覆工コンクリート１５の接触面でのずれは、なだらかで連続性のあるものとなり、曲げに強い高靭性ＦＲＣ材料の特長を最大限に生かすことができる。断層５のずれにより、せん断変形低減層１３にひび割れが生じても、せん断変形低減層１３と高靭性ＦＲＣ覆工コンクリート１５との接触面のずれが断層５のずれよりもなだらかになり、比較的連続性を持ったものであれば、せん断変形低減層１３は機能を果たしているといえる。
【００３０】
このように、第１の実施の形態では、断層部、破砕帯部など、地震時に大変形を生じるような地点にトンネルを施工する際、緩衝層、すなわち、せん断変形低減層１３を設けることで、緩衝層が大変形を低減する。また、高靭性ＦＲＣ覆工コンクリート１５が高靭性とひび割れ分散性を発揮することで、トンネル３の機能停止を回避し、機能損失の程度を軽減することができる。トンネル３の被害が小さくなると恒久措置への取り掛かりが早まり、早期の復旧が可能となる。
【００３１】
なお、第１の実施の形態では、トンネル３の断面拡幅後に高靭性ＦＲＣ吹付けコンクリート１１を吹付け、その内側にせん断変形低減層１３を充填して設置したが、地盤条件により、トンネル３の断面拡幅を行わずに、拡幅深さに相当する部分を事前注入などにより改良し、せん断変形低減層１３を設置してもよい。また、拡幅範囲１７の吹付けコンクリートとして高靭性ＦＲＣ吹付けコンクリート１１を用いたが、材料は高靭性ＦＲＣに限らない。断面拡幅時に拡幅区間１７の地山１が安定している場合には、吹付けコンクリートは必ずしも必要でない。
【００３２】
また、地山１と高靭性ＦＲＣ吹付けコンクリート１１の間、高靭性ＦＲＣ吹付けコンクリート１１とせん断変形低減層１３の間、せん断変形低減層１３と高靭性ＦＲＣ覆工コンクリート１５の間に、防水シートやセメント結晶増殖材等により、防水工（図示せず）を設置してもよい。防水工によってこれらの隣接する２層を分離することで、高靭性ＦＲＣ覆工コンクリート１５が拘束されて断層５の大変形の影響を受けるのを防ぐことができる。
【００３３】
次に、第２の実施の形態について説明する。図４は、トンネル３の断面図である。図４の（ａ）はトンネル３の軸方向の断面図、図４の（ｂ）は図４の（ａ）のＹ−Ｙによる断面図を示す。
【００３４】
図４の（ａ）に示すように、地山１にトンネル３を形成する際、断層５の存在しない通常区間１６では、掘削したトンネル３の壁面に吹付けコンクリート２３を吹付け、吹付けコンクリート２３の内側に覆工コンクリート２５を設置する。
【００３５】
断層５の存在する拡幅範囲１７では、汎用機械によりトンネル３の断面の拡幅を行う。地山１の素掘りが困難な場合は、先受け工法や事前の地山改良注入などを利用して拡幅する。掘削に伴い、トンネル３の壁面や切羽に吹付けコンクリート２３を吹付けて設置する。なお、必要に応じて、鋼製支保工やロックボルト（図示せず）を設置しておく。そして、吹付けコンクリート２３の内側に覆工コンクリート２５を設置する。
【００３６】
次に、拡幅範囲１７の覆工コンクリート２５の内側に、複数の抑え枠３３とダンパ３９を設置する。図４の（ｂ）に示すように、抑え枠３３は、方形の枠状の本体３５と、本体３５の下部に固定された足３７とで構成される。
【００３７】
抑え枠３３とダンパ３９を設置した後、通常区間１６の端部の覆工コンクリート２５の内側に沿って型枠２７を配置する。そして、抑え枠３３の中に可とう性管材３１を通し、型枠２７を用いて、拡幅区間１７に可とう性管材３１を配置する。但し、可とう性管材３１の軸方向の長さは拡幅区間１７より長く、両端部は通常区間１６に達するものとする。
【００３８】
抑え枠３３は、可とう性管材３１の姿勢を保持し、設計荷重に対抗し、ダンパ３９を設置するために使用される。ダンパ３９は、抑え枠３３の本体３５と覆工コンクリート２５との間に設置され、地震時に地山１から可とう性管材３１へ伝わる振動を低減し、共振などを避けるために設置される。
【００３９】
次に、必要に応じて、覆工コンクリート２５と可とう性管材３１との間に緩衝材４７を充填する。緩衝材４７は振動を軽減するためのものであり、例えば、液体や気体を使用する。さらに、内管固定用材料２９を可とう性管材３１の両端部の周囲に充填する。内管固定用材料２９には、例えば、吹付けコンクリートを使用する。トンネル３が水路トンネルなどであって、内管固定用材料２９に防水性がない場合は、内管固定用材料２９の表面に防水材料を塗布することで防水性を達成する方法などが考えられる
【００４０】
図５は、断層５に矢印Ｄの方向のずれが生じた後のトンネル３の軸方向の断面図である。断層５が存在する区間において、トンネル３の覆工コンクリート２５と可とう性管材３１との間に空間を設け、必要に応じて緩衝材４７を充填することで、断層５の大きなずれは、直接には可とう性管材３１に伝わらない。可とう性管材３１の両端部と、トンネル３の内空の変状に応じて、可とう性管材３１が余裕を持って再配置される。
【００４１】
次に、第３の実施の形態について説明する。図６は、トンネル３の断面図である。図６の（ａ）はトンネル３の軸方向の断面図、図６の（ｂ）は図６の（ａ）のＺ−Ｚによる断面図を示す。第３の実施の形態では、覆工コンクリート２５の内側に設置する内管として、第２の実施の形態の可とう性管材３１の代わりに、比較的剛な管材である鋼管４３を使用する。鋼管４３の他に、ヒューム管等を用いても良い。
【００４２】
第３の実施の形態では、第２の実施の形態と同様にして、通常区間１６および拡幅範囲１７のトンネル３の壁面に吹付けコンクリート２３を吹付け、吹付けコンクリート２３の内側に覆工コンクリート２５を設置する。
【００４３】
さらに、拡幅範囲１７の覆工コンクリート２５の内側に、複数の抑え枠３３とダンパ３９を設置した後、鋼管４３を抑え枠３３の中に通し、型枠等（図示せず）を用いて拡幅区間１７に鋼管４３を配置する。但し、鋼管４３の軸方向の長さは拡幅区間１７より長く、両端部は通常区間１６に達するものとする。また、必要に応じて、覆工コンクリート２５と鋼管４３との間に、液体、気体等の緩衝材４７を充填する。
【００４４】
抑え枠３３は、鋼管４３の姿勢を保持し、設計荷重に対抗し、ダンパ３９を設置するために使用される。ダンパ３９は、抑え枠３３の本体３５と覆工コンクリート２５との間に設置され、地震時に地山１から鋼管４３へ伝わる振動を低減し、共振などを避けるために設置される。
【００４５】
次に、内管固定用材料４５を鋼管４３の両端部の周囲に固定する。トンネル３が水路トンネル等であり、鋼管４３の端部の止水が必要な場合には、内管固定用材料４５として、例えば、テールシール構造等の形式の止水構造を使用する。その他の場合には、内管固定用材料２９と同様に、防水性の固定用材料を鋼管４３の端部の外周に充填してもよい。
【００４６】
図７は、断層５が矢印Ｅの方向に動いた後のトンネル３の軸方向の断面図である。断層５が存在する区間において、トンネル３の覆工コンクリート２５と鋼管４３との間に空間を設け、必要に応じて緩衝材４７を充填することで、断層５の大きなずれは、直接には鋼管４３に伝わらない。鋼管４３の両端部と、トンネル３の内空の変状に応じて、鋼管４３が余裕を持って再配置される。
【００４７】
トンネル３の内空の変形により、鋼管４３が回転して鋼管４３の両端部と覆工コンクリート５との間に開きが生じる場合でも、内管固定用材料４５としてテールシール構造等の形式の止水構造を用いることで、止水性能を向上できる。
【００４８】
このように、第２、第３の実施の形態では、断層部、破砕帯部など、地震時に大変形を生じるような地点にトンネルを施工する際、トンネル３の覆工コンクリート２５と内管、すなわち可とう性管材料３１や鋼管４３、ヒューム管との間に空間を設ける。空間には、必要に応じて、緩衝材４７を充填する。
【００４９】
この空間または緩衝材４７が地震時の断層５のずれを吸収するため、断層５に大きなずれが生じて拡幅範囲１７前後で局所的に覆工コンクリート２５等のトンネル構造が破壊しても、図５、図７に示すように、内管に損傷はほとんどなく、砂礫４１等は内管の外側に保持される。よって、トンネル３が水路トンネルであれば機能を保持でき、道路・鉄道トンネルであれば被害を最小限に食い止めることができる。トンネル３の被害が小さくなると恒久措置への取り掛かりが早まり、早期の復旧が可能となる。
【００５０】
なお、第２、第３の実施の形態では、拡幅範囲１７でトンネル３の断面を拡幅したが、内管の断面がトンネル３の断面より非常に小さくて良い場合は、拡幅する必要はない。拡幅区間１７や拡幅高１８は、あらかじめ断層５のずれ変位量を評価し、内管に使用する可とう性管材料３１や鋼管４３、ヒューム管等が変形を受けても、内管材がその変形により破損せず、許容応力の範囲内のひずみに収まるように決定する。
【００５１】
また、拡幅範囲１７の覆工コンクリート２５は、必ずしも必要ではない。覆工コンクリート２５を設置しない場合は、吹付けコンクリート２３と内管（可とう性管材料３１や鋼管４３、ヒューム管等）との間に抑え枠３３、ダンパ３９を設置する。また、必要に応じて、吹付けコンクリート２３と内管との間に緩衝材４７を充填する。
【００５２】
さらに、図４の（ｂ）、図６の（ｂ）では、可とう性管材料３１や鋼管４３の断面を円形としたが、設計荷重に対抗できる限りにおいては、内管の断面は円形である必要はない。また、内管材は単一である必要はなく、複数の管の集合体としてもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明によれば、地山が大変形を起こしても致命的な被害にならないようなトンネル構造およびトンネルの構築方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トンネル３の断面図
【図２】断層５に矢印Aの方向のずれが生じた後のトンネル３の軸方向の断面図
【図３】図２の断層５とトンネル３の境界部分を示す図
【図４】トンネル３の断面図
【図５】断層５に矢印Ｄの方向のずれが生じた後のトンネル３の軸方向の断面図
【図６】トンネル３の断面図
【図７】断層５に矢印Ｅの方向のずれが生じた後のトンネル３の軸方向の断面図
【図８】従来のトンネル１０９の軸方向の断面図
【図９】断層１０３に矢印Fの方向のずれが生じた後のトンネル１０９の軸方向の断面図
【符号の説明】
１………地山
３………トンネル
５………断層
７、２３………吹付けコンクリート
９、２５………覆工コンクリート
１１………高靭性ＦＲＣ吹付けコンクリート
１３………せん断変形低減層
１５………高靭性ＦＲＣ覆工コンクリート
３１………可とう性管材
３３………抑え枠
３９………ダンパ
４３………鋼管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tunnel structure and a tunnel construction method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a section such as a fault zone or a fracture zone where local large deformation is predicted during an earthquake, reinforcement is performed when a tunnel is installed. FIG. 8 is a sectional view of the conventional tunnel 109 in the axial direction. As shown in FIG. 8, when the fault 103 exists in the natural ground 101 in which the tunnel 109 is installed, the rock bolts are increased and lengthened, the steel support is increased in size, the shotcrete 105 is thickened, The lining concrete 107 is reinforced by a method such as application of reinforced concrete or steel fiber reinforced concrete.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional reinforcement increases the rigidity of the tunnel structure and resists deformation, and cannot cope with the movement that forcibly causes deformation such as fault displacement during an earthquake. For example, if a large-scale slip occurs in the direction of arrow F along the fault 103 in FIG. 8, cracks of several mm to several tens of mm occur in both the shotcrete 105 and the lining concrete 107, resulting in local destruction. In many cases, the concrete pieces are peeled off and the entire structure of the tunnel 109 is destroyed.
[0004]
FIG. 9 is a sectional view in the axial direction of the tunnel 109 after the fault 103 is displaced in the direction of the arrow F. FIG. As shown in FIG. 9, when the deformation of the fault 103 is large and both the shotcrete 105 and the lining concrete 107 are destroyed and the entire structure of the tunnel 109 is destroyed, crushed rocks and gravel 111 are formed in the tunnel 109. Flows into the interior. Moreover, the fault 103 is often an aquifer, and a large amount of spring water 113 is often generated at the same time.
[0005]
Water leakage and cracking of concrete pieces due to cracks can lead to major damage such as road obstructions and road closures, and loss of lifeline functions in waterway tunnels. When the entire structure of the tunnel 109 is destroyed, the fallen concrete, the crushed ground and gravel 111, or the spring water 113 generated by the destruction, the paralysis of the traffic function in the railway / road tunnel, the waterway tunnel, etc. Then, it may cause catastrophic events such as a lifeline outage, resulting in serious human damage.
[0006]
In addition, as in Japanese Patent Application No. 2001-191742, a tunnel lining structure using a high-toughness fiber-reinforced mortar (hereinafter referred to as high-toughness FRC) has been proposed. As a secondary effect, the prevention of the peeling of the tunnel is not intended to prevent the tunnel structure from being destroyed at the large deformation portion.
[0007]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a tunnel structure and a tunnel construction method that do not cause fatal damage even if a natural mountain undergoes a large deformation. There is.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the first invention comprises a shotcrete and an inner pipe provided inside the shotcrete via a space, and is restrained around the inner pipe. The tunnel structure is characterized in that a frame and a damper are provided.
[0013]
The tunnel structure of the first invention is used in a section having a fault. For the inner pipe, for example, a flexible pipe material, a relatively rigid steel pipe, a fume pipe, or the like is used. If necessary, lining concrete is provided inside shotcrete. Between the inner pipe and shotcrete, or between the inner pipe and lining concrete, there is a holding frame to maintain the attitude of the inner pipe and a damper to reduce the vibration of the inner pipe due to an earthquake. Provide. A space between the shotcrete and the inner pipe or between the lining concrete and the inner pipe may be filled with a buffer material such as liquid or gas.
[0014]
In 1st invention, shotcrete is installed in the excavation surface of a natural ground, and an inner pipe is provided through the space inside shotcrete. Since a space is provided between the shotcrete and the inner pipe, even if the shotcrete breaks due to a fault, the inner pipe is hardly damaged.
[0017]
2nd invention comprises the process (a) which installs shotcrete on the excavation surface of a natural ground, and the process (b) which installs an inner pipe through the space inside the shotcrete. The tunnel construction method is characterized in that, before the step (b), a restraining frame and a damper are provided between the planned installation position of the inner pipe and the shotcrete.
[0018]
The second invention is a method for constructing the tunnel structure of the first invention. In 2nd invention, spray concrete is sprayed and installed in the excavation surface of a natural ground. Next, an inner pipe is installed through the space inside the shotcrete. When it is necessary to install lining concrete, after installing shotcrete, install the lining concrete inside the shotcrete and install the inner pipe through the space inside the lining concrete. .
[0019]
For the inner pipe, for example, a flexible pipe material, a relatively rigid steel pipe, a fume pipe, or the like is used. Before installing the inner pipe, install a restraining frame and a damper between the planned position of the inner pipe and the shotcrete or lining concrete. In addition, after the inner pipe is installed, a buffer material such as liquid or gas may be filled in the space between the inner pipe and the shotcrete or lining concrete.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of the tunnel 3. 1A is a sectional view of the tunnel 3 in the axial direction, and FIG. 1B is a sectional view taken along line XX in FIG.
[0021]
As shown in FIG. 1A, when forming the tunnel 3 in the natural ground 1, in the normal section 16 where the fault 5 does not exist, the shotcrete 7 is sprayed on the wall surface of the excavated tunnel 3, and the shotcrete The lining concrete 9 is installed inside 7.
[0022]
In the widening range 17 where the fault 5 exists, the cross section of the tunnel 3 is widened by a general-purpose machine. When it is difficult to excavate the natural ground 1, a prior construction method or prior ground improvement injection is used. Along with excavation, high-toughness FRC shotcrete 11 is sprayed and installed on the wall surface and face of the tunnel 3. If necessary, a steel support or a lock bolt (not shown) is installed.
[0023]
Next, using a movable formwork such as a centle or an assembly formwork (not shown), as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), a high toughness FRC shotcrete A shear deformation reducing layer 13 is formed inside 11, and a high toughness FRC lining concrete 15 is placed inside the shear deformation reducing layer 13.
[0024]
For the shear deformation reducing layer 13, for example, a material having lower rigidity than the surrounding natural ground 1 such as a general backfilling injection material used for tunnel backfilling injection may be used. There is no need to use it. As the shear deformation reducing layer 13, high toughness FRC may be used in the same manner as the high toughness FRC shotcrete 11.
[0025]
FIG. 2 is a cross-sectional view of the tunnel 3 in the axial direction after the fault 5 is displaced in the direction of arrow A. FIG. Since the tunnel lining member is usually designed as a compression material, it is very weak against bending deformation. However, by using the high toughness FRC lining concrete 15 and the high toughness FRC shotcrete 11, FIG. As shown in Fig. 4, it can withstand a very large bending deformation as compared with the case of using ordinary unreinforced concrete or steel fiber reinforced concrete. Further, since the high-toughness FRC material has crack dispersibility, no through-cracking occurs in the high-toughness FRC lining concrete 15, and water leakage from the shear deformation reducing layer 13 to the inside of the tunnel 3 can be prevented. it can. If the tunnel 3 is a waterway tunnel, water leakage from the inside of the tunnel 3 to the ground 1 can be prevented.
[0026]
FIG. 3 is a diagram showing a boundary portion between the fault 5 and the tunnel 3 in FIG. 3A is an enlarged view of the boundary portion between the fault 5 and the tunnel 3, and FIGS. 3B and 3C are shear deformation reductions in the ranges B and C in FIG. 3A, respectively. FIG. 3 is a view showing a part of a layer 13.
[0027]
As shown in FIGS. 3B and 3C, before and after the displacement of the fault 5, the member 19 is deformed into the member 21 in the outermost range B of the shear deformation reducing layer 13 (portion close to the natural ground 1). In the innermost range C (portion close to the tunnel 3), the member 23 is deformed into the member 25.
[0028]
The shear deformation reducing layer 13 is a buffer layer for preventing a sudden shift (discontinuous surface) of the fault 5 from directly affecting the high-toughness FRC lining concrete 15. By increasing the thickness of the shear deformation reducing layer 13 and increasing the shear width, the shear strain at the contact surface between the shear deformation reducing layer 13 and the high toughness FRC lining concrete 15 can be further reduced.
[0029]
By installing the shear deformation reducing layer 13 as a large deformation buffer layer, even if a sudden deviation occurs in the fault 5, the deviation at the contact surface between the shear deformation reducing layer 13 and the high toughness FRC lining concrete 15 is gentle. Therefore, the characteristics of the high-toughness FRC material which is strong against bending can be utilized to the maximum. Even if cracks occur in the shear deformation reduction layer 13 due to the displacement of the fault 5, the displacement of the contact surface between the shear deformation reduction layer 13 and the high toughness FRC lining concrete 15 becomes gentler than the displacement of the fault 5, If it has continuity, it can be said that the shear deformation reduction layer 13 is functioning.
[0030]
Thus, in the first embodiment, when a tunnel is constructed at a point where a large deformation occurs during an earthquake, such as a fault portion or a fractured zone portion, a buffer layer, that is, a shear deformation reducing layer 13 is provided. The buffer layer reduces large deformation. Moreover, since the high toughness FRC lining concrete 15 exhibits high toughness and crack dispersibility, the function stop of the tunnel 3 can be avoided and the degree of functional loss can be reduced. When the damage of the tunnel 3 is reduced, the start of the permanent measure is accelerated and the early restoration becomes possible.
[0031]
In the first embodiment, after the cross section of the tunnel 3 is widened, the high-toughness FRC shotcrete 11 is sprayed and the inside is filled with the shear deformation reducing layer 13. Instead of widening the cross section, the portion corresponding to the widening depth may be improved by prior injection or the like, and the shear deformation reducing layer 13 may be installed. Moreover, although the high-toughness FRC shotcrete 11 was used as shotcrete of the widening range 17, material is not restricted to high-toughness FRC. When the natural ground 1 in the widened section 17 is stable when the cross section is widened, the shotcrete is not always necessary.
[0032]
Moreover, between the natural ground 1 and the high toughness FRC shotcrete 11, between the high toughness FRC shotcrete 11 and the shear deformation reduction layer 13, and between the shear deformation reduction layer 13 and the high toughness FRC lining concrete 15, waterproof. A waterproof work (not shown) may be installed by a sheet or a cement crystal growth material. By separating these two adjacent layers by waterproofing, it is possible to prevent the high-toughness FRC lining concrete 15 from being constrained and affected by large deformation of the fault 5.
[0033]
Next, a second embodiment will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view of the tunnel 3. 4A is a sectional view in the axial direction of the tunnel 3, and FIG. 4B is a sectional view taken along line YY in FIG. 4A.
[0034]
As shown in FIG. 4 (a), when forming the tunnel 3 in the natural ground 1, in the normal section 16 where the fault 5 does not exist, the shotcrete 23 is sprayed on the wall surface of the excavated tunnel 3, and the shotcrete The lining concrete 25 is installed inside 23.
[0035]
In the widening range 17 where the fault 5 exists, the cross section of the tunnel 3 is widened by a general-purpose machine. When the natural digging of the natural ground 1 is difficult, it is widened using a prior construction method or prior natural ground improvement injection. Along with excavation, spray concrete 23 is sprayed and installed on the wall surface and face of the tunnel 3. If necessary, a steel support or a lock bolt (not shown) is installed. And the lining concrete 25 is installed inside the shotcrete 23.
[0036]
Next, a plurality of holding frames 33 and dampers 39 are installed inside the lining concrete 25 in the widening range 17. As shown in FIG. 4B, the holding frame 33 includes a rectangular frame-shaped main body 35 and legs 37 fixed to the lower portion of the main body 35.
[0037]
After the holding frame 33 and the damper 39 are installed, the mold frame 27 is arranged along the inside of the lining concrete 25 at the end of the normal section 16. Then, the flexible tube material 31 is passed through the holding frame 33, and the flexible tube material 31 is arranged in the widened section 17 using the mold frame 27. However, the length of the flexible tube 31 in the axial direction is longer than that of the widened section 17 and both end portions reach the normal section 16.
[0038]
The restraining frame 33 is used to maintain the posture of the flexible tube material 31, to resist the design load, and to install the damper 39. The damper 39 is installed between the main body 35 of the holding frame 33 and the lining concrete 25, and is installed in order to reduce vibration transmitted from the natural ground 1 to the flexible pipe material 31 at the time of an earthquake and avoid resonance.
[0039]
Next, a buffer material 47 is filled between the lining concrete 25 and the flexible pipe material 31 as necessary. The buffer material 47 is for reducing vibration, and for example, liquid or gas is used. Further, the inner tube fixing material 29 is filled around both ends of the flexible tube material 31. As the inner pipe fixing material 29, for example, shotcrete is used. When the tunnel 3 is a waterway tunnel or the like and the inner pipe fixing material 29 is not waterproof, a method of achieving waterproofing by applying a waterproof material to the surface of the inner pipe fixing material 29 can be considered. [0040]
FIG. 5 is a sectional view in the axial direction of the tunnel 3 after the fault 5 is displaced in the direction of the arrow D. FIG. In the section where the fault 5 exists, by providing a space between the lining concrete 25 of the tunnel 3 and the flexible pipe material 31 and filling the buffer material 47 as necessary, a large deviation of the fault 5 is directly It is not transmitted to the flexible tube material 31. The flexible tubular material 31 is rearranged with a margin according to both end portions of the flexible tubular material 31 and the deformation of the inner space of the tunnel 3.
[0041]
Next, a third embodiment will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view of the tunnel 3. 6A is a sectional view in the axial direction of the tunnel 3, and FIG. 6B is a sectional view taken along the line ZZ in FIG. 6A. In the third embodiment, a steel pipe 43 that is a relatively rigid pipe material is used as an inner pipe installed inside the lining concrete 25 instead of the flexible pipe material 31 of the second embodiment. In addition to the steel pipe 43, a fume pipe or the like may be used.
[0042]
In the third embodiment, as in the second embodiment, the shotcrete 23 is sprayed on the wall surface of the tunnel 3 in the normal section 16 and the widened range 17, and the lining concrete is placed inside the shotcrete 23. 25 is installed.
[0043]
Further, after installing a plurality of restraining frames 33 and dampers 39 inside the lining concrete 25 in the widening range 17, the steel pipe 43 is passed through the restraining frame 33 and widened using a mold or the like (not shown). A steel pipe 43 is arranged in the section 17. However, the length of the steel pipe 43 in the axial direction is longer than the widened section 17, and both ends reach the normal section 16. Further, a buffer material 47 such as liquid or gas is filled between the lining concrete 25 and the steel pipe 43 as necessary.
[0044]
The holding frame 33 is used to hold the posture of the steel pipe 43, to counter the design load, and to install the damper 39. The damper 39 is installed between the main body 35 of the restraining frame 33 and the lining concrete 25, and is installed to reduce vibration transmitted from the natural ground 1 to the steel pipe 43 during an earthquake and avoid resonance.
[0045]
Next, the inner pipe fixing material 45 is fixed around both ends of the steel pipe 43. When the tunnel 3 is a waterway tunnel or the like and the water stop of the end portion of the steel pipe 43 is necessary, a water stop structure of a type such as a tail seal structure is used as the inner tube fixing material 45. In other cases, similarly to the inner tube fixing material 29, a waterproof fixing material may be filled in the outer periphery of the end portion of the steel pipe 43.
[0046]
FIG. 7 is a sectional view in the axial direction of the tunnel 3 after the fault 5 has moved in the direction of arrow E. FIG. In the section where the fault 5 exists, a space is provided between the lining concrete 25 of the tunnel 3 and the steel pipe 43, and a buffer material 47 is filled as necessary. 43 is not transmitted. Depending on both ends of the steel pipe 43 and the deformation of the inner space of the tunnel 3, the steel pipe 43 is rearranged with a margin.
[0047]
Even when the steel pipe 43 rotates due to the deformation of the inner space of the tunnel 3 and an opening between the both ends of the steel pipe 43 and the lining concrete 5 occurs, the inner pipe fixing material 45 has a structure such as a tail seal structure. By using the water structure, the water stop performance can be improved.
[0048]
Thus, in the second and third embodiments, when constructing a tunnel at a point where a large deformation occurs during an earthquake, such as a fault part, a crushing zone part, the lining concrete 25 and the inner pipe of the tunnel 3, That is, a space is provided between the flexible pipe material 31, the steel pipe 43, and the fume pipe. The space is filled with a cushioning material 47 as necessary.
[0049]
Since this space or the buffer material 47 absorbs the displacement of the fault 5 at the time of the earthquake, even if a large displacement occurs in the fault 5 and the tunnel structure such as the lining concrete 25 locally breaks around the widening range 17, the figure 5. As shown in FIG. 7, the inner pipe is hardly damaged, and the gravel 41 and the like are held outside the inner pipe. Therefore, if the tunnel 3 is a waterway tunnel, the function can be maintained, and if it is a road / railway tunnel, damage can be minimized. When the damage of the tunnel 3 is reduced, the start of the permanent measure is accelerated and the early restoration becomes possible.
[0050]
In the second and third embodiments, the cross section of the tunnel 3 is widened in the widening range 17. However, if the cross section of the inner tube may be much smaller than the cross section of the tunnel 3, it is not necessary to widen the cross section. The widening section 17 and the widening height 18 evaluate the displacement amount of the fault 5 in advance, and even if the flexible pipe material 31, the steel pipe 43, the fume pipe, etc. used for the inner pipe are deformed, the inner pipe material is deformed. Therefore, it is determined so as not to be damaged and to be within a strain within the allowable stress range.
[0051]
Moreover, the lining concrete 25 of the widening range 17 is not necessarily required. When the lining concrete 25 is not installed, a restraining frame 33 and a damper 39 are installed between the shotcrete 23 and the inner pipe (flexible pipe material 31, steel pipe 43, fume pipe, etc.). In addition, a cushioning material 47 is filled between the shotcrete 23 and the inner pipe as necessary.
[0052]
Further, in FIGS. 4B and 6B, the cross sections of the flexible pipe material 31 and the steel pipe 43 are circular. However, as long as the design load can be counteracted, the cross section of the inner pipe is circular. There is no need. Further, the inner tube material does not need to be single, and may be an aggregate of a plurality of tubes.
[0053]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a tunnel structure and a tunnel construction method that do not cause fatal damage even if a natural ground undergoes a large deformation.
[Brief description of the drawings]
1 is a cross-sectional view of a tunnel 3. FIG. 2 is a cross-sectional view of an axial direction of the tunnel 3 after the fault 5 is displaced in the direction of arrow A. FIG. 3 is a boundary portion between the fault 5 and the tunnel 3 of FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of the tunnel 3. FIG. 5 is a cross-sectional view of the tunnel 3 in the axial direction after the fault 5 is displaced in the direction of arrow D. FIG. A sectional view in the axial direction of the tunnel 3 after the deviation in the direction of arrow E occurs in the fault 5 [FIG. 8] A sectional view in the axial direction of the conventional tunnel 109 [FIG. 9] A deviation in the direction of arrow F in the fault 103 Sectional view in the axial direction of the tunnel 109 after the occurrence
1 ......... Mt 3 ......... Tunnel 5 ...... Faults 7, 23 ......... Spring concrete 9, 25 ......... Cover concrete 11 ......... High toughness FRC shotcrete 13 ......... Shear deformation Reduction layer 15 ......... High toughness FRC lining concrete 31 ......... Flexible pipe material 33 ......... Retaining frame 39 ......... Damper 43 ......... Steel pipe

Claims

A tunnel structure characterized by comprising shotcrete and an inner pipe provided inside the shotcrete via a space, and a holding frame and a damper are provided around the inner pipe.

A step (a) of installing shotcrete on an excavation surface of a natural ground, and a step (b) of setting an inner pipe through a space inside the shotcrete, the step (b) Before, the tunnel construction method characterized by providing a restraining frame and a damper between the planned installation position of the inner pipe and the shotcrete.